【壓縮機(jī)網(wǎng)】華北電力大學(xué)開展新型蒸汽噴射絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)的熱力學(xué)研究

　　技術(shù)領(lǐng)域：絕熱壓縮空氣儲能

　　開發(fā)單位：華北電力大學(xué) 冉鵬

　　文章名稱：Peng Ran, Haiyang Zhang, et al. Thermodynamic analysis for a novel steam injection adiabatic compressed air energy storage hybrid system. Journal of Energy Storage, 2022.

　　技術(shù)突破： 新型SI-ACAES系統(tǒng)渦輪功率提高了6.63 MW，往返效率提高了3.7%，壓縮熱利用效率提高了9.3%，火用效率提高了2.1%。

　　應(yīng)用價值： 提高ACAES系統(tǒng)的裝機(jī)容量和產(chǎn)量。

　　壓縮空氣儲能（CAES）系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、使用壽命長、儲能容量大、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此CAES系統(tǒng)越來越受到研究者的重視。CAES系統(tǒng)主要分為絕熱壓縮空氣儲能（A-CAES）系統(tǒng)和非絕熱壓縮空氣儲能系統(tǒng)（D-CAES），雖然D-CAES系統(tǒng)的效率低于A-CAES系統(tǒng)，但由于A-CAES系統(tǒng)沒有利用化石能源，所以該系統(tǒng)單位質(zhì)量的發(fā)電量較小。CAES系統(tǒng)可以通過耦合其他系統(tǒng)或加入其他技術(shù)如蒸汽注入技術(shù)來提高系統(tǒng)的輸出功率和效率。然而，耦合系統(tǒng)和蒸汽注入技術(shù)會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，而且蒸汽注入技術(shù)仍然使用化石能源對壓縮空氣進(jìn)行預(yù)熱，造成環(huán)境污染問題。

　　為解決上述問題，來自華北電力大學(xué)的研究人員提出了一種新型蒸汽噴射絕熱壓縮空氣儲能（SI-ACAES）混合系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過添加飽和器，回收并利用壓縮熱對釋放的空氣進(jìn)行加濕和預(yù)熱，以增加渦輪入口工質(zhì)質(zhì)量流量，從而提高循環(huán)效率，提高發(fā)電量，以獲得更好的系統(tǒng)性能，SI-ACAES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。其中，換熱器7的主要功能是利用余熱對進(jìn)入飽和器的空氣進(jìn)行加熱。換熱器8的主要功能是回收節(jié)流閥后的熱量。飽和器的主要作用是增加空氣進(jìn)入渦輪前的濕度和溫度。熱力學(xué)研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的A-CAES系統(tǒng)相比，SI-ACAES系統(tǒng)的渦輪功率提高了6.63 MW，往返效率（RTE）提高了3.7%，壓縮熱利用效率（CHUE）提高了9.3%，?效率（ERTE）提高了2.1%。分析不同參數(shù)對SI-ACAES系統(tǒng)性能影響的結(jié)果表明，當(dāng)環(huán)境溫度升高或節(jié)流閥出口壓力增大時，SI- ACAES系統(tǒng)的RTE、ERTE和CHUE均有所提高。當(dāng)飽和器進(jìn)水流量增大時，SI-ACAES的RTE和ERTE先增大后減小。當(dāng)換熱器8入口空氣流量增大時，SI-ACAES系統(tǒng)的ERTE先增大后減小，RTE先增大后不變，CHUE先減小后不變。?分析表明，ERTE隨節(jié)流閥出口壓力的增大而增大，當(dāng)飽和器進(jìn)水流量和換熱器8進(jìn)水流量增大時，?效率先增大后減小。（編譯：高梓玉，張新敬 INESA）

　　美國弗吉尼亞大學(xué)開展對利用等溫循環(huán)的海上含鹽含水層壓縮空氣儲能系統(tǒng)的儲能能力的研究

　　技術(shù)領(lǐng)域：等溫壓縮空氣儲能

　　開發(fā)單位：弗吉尼亞大學(xué) Jeffrey A. Bennett

　　文章名稱： Jeffrey A. Bennett, Jeffrey P. Fitts, et al. Compressed air energy storage capacity of offshore saline aquifers using isothermal cycling. Applied Energy, 2022. 

　　技術(shù)突破： 確定了地下參數(shù)含水層滲透率和厚度是影響系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)，近等溫?zé)崃W(xué)循環(huán)可使O-CAES往返效率高達(dá)62%。

　　應(yīng)用價值： 提出了一種評估利用等溫?zé)崃W(xué)循環(huán)和含鹽含水層的O-CAES系統(tǒng)性能和存儲潛力的方法。

　　隨著海上風(fēng)力發(fā)電場日趨增多，由于風(fēng)能是間歇性發(fā)電，因此需要增加電網(wǎng)的靈活性，選擇合適的儲能技術(shù)以可靠地滿足電力需求。雖然海上腐蝕性環(huán)境非常具有挑戰(zhàn)性，但空氣在入口處通過合適的過濾器，可以實(shí)現(xiàn)海上壓縮空氣儲能(O-CAES)，并廣泛用于石油和天然氣行業(yè)。O-CAES是一種利用含鹽含水層作為儲層，利用等溫?zé)崃W(xué)循環(huán)注入和提取空氣的儲能方案。目前研究表明，O-CAES的等溫循環(huán)通過如噴霧噴射、鋼絲網(wǎng)或水泡沫等技術(shù)強(qiáng)化換熱，以實(shí)現(xiàn)近等溫壓縮和膨脹，從而提高系統(tǒng)往返效率。雖然在實(shí)驗(yàn)室條件下已經(jīng)顯示出等溫O-CAES在低壓比下的潛力，但在商業(yè)規(guī)模下的高壓比等溫O-CAES的性能仍存在不確定性。此外，等溫O-CAES采用地下含鹽含水層儲存空氣，地下性質(zhì)的不確定性如水層溫度和壓力，以及地理空間異質(zhì)性將對系統(tǒng)性能和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生影響。

　　為解決上述問題，來自弗吉尼亞大學(xué)的研究人員提出了一種評估利用等溫?zé)崃W(xué)循環(huán)和含鹽含水層的O-CAES系統(tǒng)性能和存儲潛力的方法。該方法中考慮了地球物理參數(shù)和機(jī)械性能的不確定性，評估OCAES的往返效率，并使用結(jié)果來確定修建O-CAES系統(tǒng)的最佳位置和潛在的系統(tǒng)存儲容量。結(jié)果表明，近等溫?zé)崃W(xué)循環(huán)可使O-CAES儲能效率高達(dá)62%，O-CAES系統(tǒng)可以提供8.1 TWh的電力，并且存儲水深小于60 m。通過對地球物理參數(shù)和機(jī)械性能的不確定性的研究表明，影響整個系統(tǒng)高效運(yùn)行的最關(guān)鍵參數(shù)是含水層滲透率和厚度，滲透率和厚度對O-CAES系統(tǒng)的可行性影響如圖2所示。滲透率和厚度的一般閾值分別為10 mD和10 m。低于閾值的滲透率和厚度的RTE將趨向于小于10%，系統(tǒng)幾乎無法運(yùn)行，而高于閾值的滲透率和厚度的RTE將趨向于大于50%。此外，研究表明等溫O-CAES的預(yù)估成本為61美元/千瓦時。（編譯：高梓玉，張新敬 INESA）